PKPM框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

代發(fā)能

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 貴州貴陽(yáng) 550081）

我國(guó)社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，在建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，PKPM框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用越來(lái)越普遍，采用PKPM框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平面布置靈活，可應(yīng)用于大空間廠房、商場(chǎng)、住宅等，滿足各種功能的建筑布置需求。建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分成為四個(gè)階段，分別是結(jié)構(gòu)方案布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、構(gòu)件設(shè)計(jì)和施工圖繪制。PKPM軟件主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)計(jì)算分析和構(gòu)件設(shè)計(jì)階段，本文也主要討論這兩個(gè)階段中的一些經(jīng)驗(yàn)和方法。

1 建模前的準(zhǔn)備工作

在建模之前，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)建筑方案的布置，選取合適的結(jié)構(gòu)布置方案和計(jì)算參數(shù)，確保軟件的參數(shù)設(shè)置正確和結(jié)構(gòu)方案布置的合理性，才能夠保證后期得出計(jì)算結(jié)果的正確性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)工程所在地及建筑類別，確定抗震烈度、抗震等級(jí)、場(chǎng)地類別，風(fēng)荷載、雪荷載等活荷載，根據(jù)建筑功能按照《荷載規(guī)范》統(tǒng)計(jì)墻體荷載、樓板恒載和活荷載。應(yīng)按照規(guī)范要求布置伸縮縫、抗震縫，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初估梁柱截面尺寸、混凝土等級(jí)，輸入平面模型完成結(jié)構(gòu)方案布置。

2 選擇結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

框架結(jié)構(gòu)可以采用TAT或SATWE計(jì)算，參數(shù)定義是計(jì)算中的重要工作，參數(shù)定義不僅要結(jié)合實(shí)際情況，還要對(duì)幾個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)實(shí)行原則性選擇，如下：

（1）總信息

以實(shí)際情況為依據(jù)選擇結(jié)構(gòu)方式，如果為框架結(jié)構(gòu)，參數(shù)計(jì)算時(shí)就直接點(diǎn)擊“框架結(jié)構(gòu)”；總信息中的地震力計(jì)算可直接選“計(jì)算水平地震”，豎向力計(jì)算方面設(shè)置為“模擬施工加載1”；多層框架房屋一般可不考慮P-Δ效應(yīng)，高層一般需要考慮；

（2）地震信息

地震信息分析中的對(duì)稱結(jié)構(gòu)要注意扭轉(zhuǎn)耦連，常規(guī)結(jié)構(gòu)可以選擇不考慮。計(jì)算振型數(shù)量的過(guò)程中，當(dāng)?shù)卣鹆τ?jì)算采用側(cè)剛計(jì)算法時(shí)，不用關(guān)注耦連的振型數(shù)與結(jié)構(gòu)層數(shù)的關(guān)系，直接考慮耦連的振型數(shù)是否為不大于3的倍數(shù)；當(dāng)?shù)卣鹆τ?jì)算采用總剛計(jì)算法時(shí)，振型數(shù)會(huì)超過(guò)12。周期折減系數(shù)方面，結(jié)構(gòu)中由于存在填充墻施工導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工中體現(xiàn)出來(lái)的剛度明顯大于計(jì)算得出的剛度，因此會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出來(lái)的地震作用效應(yīng)小于實(shí)際的數(shù)值，降低了框架結(jié)構(gòu)選型的安全度，所以填充墻參數(shù)的取值范圍設(shè)計(jì)成0.7～1.0，填充墻越多，取值會(huì)篇小；框架結(jié)構(gòu)的阻尼比，取值是0.03，有5%為偶然偏心，高層建筑受偶然偏心的影響比較大，容易產(chǎn)生不安全的地震作用力。地震剪力系數(shù)最小的樓層中，以程序默認(rèn)值為主。

（3）調(diào)整信息

樓板對(duì)梁剛度有著很大的影響，在研究影響參數(shù)時(shí)需放大系數(shù)，明確樓板與梁剛度的影響關(guān)系。TAT以及SATWE兩種計(jì)算軟甲當(dāng)中輸入的梁大部分為矩形截面，忽視了樓板T型界面導(dǎo)致的剛度增強(qiáng)，因此在利用這兩種軟件進(jìn)行計(jì)算式，可以適當(dāng)性的放大梁剛度，計(jì)算出正確的地震剪力。中梁參數(shù)是1.5～2，連梁參數(shù)是1～1.5；梁端負(fù)彎矩調(diào)整時(shí)，系數(shù)的取值范圍0.7～1中，折減主梁中的彎矩?cái)?shù)值，如正彎矩增大，系數(shù)選擇0.85；梁彎矩的系數(shù)放大后，受活荷載的影響，最不利的結(jié)構(gòu)布置時(shí)要選擇系數(shù)1.0，排除活荷載影響時(shí)，最不利的布置參數(shù)為1.2；梁扭轉(zhuǎn)折減系數(shù)設(shè)置時(shí)，以樓板對(duì)梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)為參考，結(jié)構(gòu)中不具備樓板、弧梁時(shí)，系數(shù)取值是1；

（4）材料信息

混凝土容重，注意抹灰的影響，系數(shù)范圍是26～28；梁箍筋間距中，需要填入加密區(qū)的間距數(shù)據(jù)，并且以規(guī)范數(shù)據(jù)為主。柱箍筋間距也要填寫加密區(qū)的間距，同樣以規(guī)范要求為主；

（5）設(shè)計(jì)信息

柱墻活荷載折減，常規(guī)下選“按規(guī)范折減”；

（6）風(fēng)荷載信息

根據(jù)是否應(yīng)該重新計(jì)算風(fēng)荷載，在TAT中定義多塔、彈性節(jié)點(diǎn)等，如有必要選擇“重新計(jì)算”。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析和結(jié)構(gòu)合理性判斷

按照建筑布置建好模型，輸入荷載和合理計(jì)算參數(shù)后，可采用TAT或SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)于軟件計(jì)算結(jié)果，還需特別強(qiáng)調(diào)整體結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)性和合理性，對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)的整體合理性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)周期和周期比、位移比等結(jié)果進(jìn)行分析判斷和調(diào)整模型。而梁柱的構(gòu)件設(shè)計(jì)，應(yīng)特別注意柱軸壓比，梁配筋率的經(jīng)濟(jì)合理值。

（1）周期和周期比

查看計(jì)算結(jié)果中周期、地震力、振型的輸出參數(shù)。因SATWE電算結(jié)果中不能直接得出周期比，所以要以常規(guī)的規(guī)則單塔樓結(jié)構(gòu)為主，采用人工操作的步驟驗(yàn)算周期比。首先按照不同振型中的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)（三者之和等于1）判斷振型的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)是否符合周期、周期比的要求，區(qū)分扭振振型和側(cè)振振型，周期最長(zhǎng)扭振振型實(shí)現(xiàn)在第一扭振周期Tt位置，周期最長(zhǎng)的側(cè)振振型出現(xiàn)在第一側(cè)振周期T1位置。計(jì)算出Tt/T1的結(jié)果，與系數(shù)0.9或0.85進(jìn)行比較，對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)周期比，無(wú)法直接使用上述的驗(yàn)算方法，這時(shí)要把多塔結(jié)構(gòu)劃分為若干單塔，利用多結(jié)構(gòu)形式分別計(jì)算，并且驗(yàn)算（注意驗(yàn)算期間不要在同一結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)行定義，而是根據(jù)塔分的若干單塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行）。

周期比反應(yīng)了結(jié)構(gòu)中側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的相對(duì)關(guān)聯(lián)，并不是指絕對(duì)大小，周期比的目的是保障抗側(cè)力構(gòu)件平面布置結(jié)構(gòu)的有效性、合理性，結(jié)構(gòu)中不要出現(xiàn)超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。周期比的控制不僅僅是保障結(jié)構(gòu)的結(jié)實(shí)度，更是完善結(jié)構(gòu)的承載布局。周期比有一定的限制標(biāo)準(zhǔn)，以限制標(biāo)準(zhǔn)為參考，規(guī)劃結(jié)構(gòu)平面的布設(shè)狀態(tài)，按照新規(guī)范的角度進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成“平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)”。如果周期比自身不滿足結(jié)構(gòu)的要求，就要利用平面布置的方法改善結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以整體改變?yōu)橹饕绞剑植扛淖儠r(shí)采用微調(diào)的方法。周期比數(shù)值達(dá)不到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，表明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度在側(cè)移剛度角度上是偏小的，總調(diào)整時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圈的設(shè)置，也可以采取削弱內(nèi)筒的方法。

（2）位移比

查看計(jì)算結(jié)果中位移輸出文件，如果位移比高于規(guī)范要求（通常為1.2，或1.5），那么就需要在信息參數(shù)的設(shè)置期間就要考慮雙向地震產(chǎn)生的作用[4]。位移比的驗(yàn)算需要綜合考慮建筑工程可能會(huì)出現(xiàn)的偶然偏心作用，同時(shí)也需要選擇強(qiáng)制剛性的樓板假定，如果設(shè)計(jì)當(dāng)中發(fā)生了樓板局部不夠連續(xù)時(shí)，則需要應(yīng)用能夠符合建筑平面實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型，改善當(dāng)前的平面不對(duì)稱問(wèn)題。建筑工程中的最大層間位移以及位移比都是剛性樓板假設(shè)之下的控制參數(shù)，但是可以選計(jì)算出剛性樓板的位移，然后再分析和計(jì)算出彈性樓板的位移數(shù)據(jù)。

（3）結(jié)構(gòu)計(jì)算需要針對(duì)結(jié)構(gòu)當(dāng)中包含的各個(gè)構(gòu)件內(nèi)力以及配筋進(jìn)行有效的計(jì)算，包含有柱軸壓比的計(jì)算還有梁軸壓比的計(jì)算等，優(yōu)化構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)。柱截面設(shè)計(jì)我們主要用軸壓比來(lái)控制，軸壓比首先《混凝土規(guī)范》、《抗震規(guī)范》的要求[1]，但軸壓比值過(guò)小說(shuō)明混凝土強(qiáng)度未充分利用，柱截面偏大，所以需要調(diào)整模型中柱截面或混凝土等級(jí)，在滿足建筑功能的情況，接近規(guī)范限值以保證經(jīng)濟(jì)性。梁截面設(shè)計(jì)的控制要點(diǎn)是“適筋梁”。設(shè)計(jì)人員保證梁配筋率在規(guī)范規(guī)定的最小最大配筋率之間是硬性要求，但如何找到所謂的“經(jīng)濟(jì)配筋率”，需要設(shè)計(jì)人員豐富的經(jīng)驗(yàn)來(lái)把控，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，正是保證安全的情況下，經(jīng)濟(jì)合理。個(gè)人在具體工程設(shè)計(jì)時(shí)，通常把多數(shù)框架梁跨中配筋率控制在0.8～1.2%，梁端部配筋率控制在1.0～1.5%。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著在PKPM在建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，需要設(shè)計(jì)人員加深對(duì)PKPM軟件的理解，把設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定落實(shí)到設(shè)計(jì)當(dāng)中，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)加強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作，用好用活軟件，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能同時(shí)達(dá)到安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性的要求。

[1]蔣躍.填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能影響的數(shù)值模擬研究[D].遼寧工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]李柔亞.樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能影響分析[D].河北工程大學(xué)，2014.

[3]王靖.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].河北工程大學(xué)，2014.

[4]張迎春.簡(jiǎn)述 PKPM 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2013，39（12）：38～39.